电源之LDO-3. LDO的热性能

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-----本文简介-----

主要内容包括：

    ①：热性能基本概念

    ②：LDO热性能应用估算

    ③：提高LDO热性能方式

 

-----正文-----

一、基本概念

    

        重新了解以下的几个概念：

        ① 工作结温Tj（Operating Junction Temperature Range）工作状态时内核温度，一般的IC结温范围在（-40~125℃）或（-40~80℃）。

        ② 环境热阻系数（θJA）指内核到外部环境（空气）的热阻系数。

        ③ 封装热阻系数（θJC）指内核到封装表面的热阻系数。

        ④ φ-内核到封装上表面中心点的热阻。

        Tj==Ta+( θJA × P ) = Tc+( θJC × P )=Tt+（φx P）,其中Ta为环境温度，Tc为封装表面温度，Tt为封装表面中心点的温度，P为IC耗散功率，即结温等于环境温度+环境中热阻系数*功率，或者等于封装表面温度+内核到封装表面热阻系数数*功率,或者等于封装表面中心点温度+内核到封装上表面中心点的热阻*功率。

二、LDO的热性能与什么有关？

     由基本概念我们可以得出：LDO的热性能与封装、功率、运行环境温度有关。下面我们举例分析。

        我们以萨科微公司的AMS1117-3.3为例，其数据手册提供的封装热阻系数如下：

图1 SOT-89封装

    可以看出不同的封装热阻系数不同，由Tj==Ta+( θJA × P )得出，相同功率下，热阻系数越小，内核温度越低，也就越安全。同理可以得出，功率越小、环境温度越低内核越安全。

        例如，TO-252封装的AMS1117-3.3输入电压5V，输出功率1A，则其消耗功率P=（5-3.3）*1=1.7W，温升=θJA × P=125*1.7=212.5℃，即在常温下内核温度等于212.5+25=237.5℃，远高于其内核最高温度125℃，意味着LDO会损坏。反过来计算，在5V输入电压、常温环境下，长时间输出电流不能大于（125-25）/125/（5-3.3）=0.47A，即电流不能超过0.47A。

   考虑到PCB空间，实际可能使用体积比TO-252更小的SOT223或SOT89封装，此时的长时间工作电流要更小，需要权衡使用。

     以上是用θJA 估算的热性能参数，实际上另外还有多种方式，但由于很多数据手册并不会给出φ或θJC参数，所以用θJA更方便

  三、 如何提高LDO的热性能？

        ① 选择合适的封装，在PCB空间允许的情况下尽量选取大封装LDO。

        ② 降低输入与输出压差，在满足LDO最低工作压降的情况下，可以在电源Vin与LDO输入引脚之间串联一个功率合适的电阻消耗部分电压。

图2 串联1Ω电阻消耗1W功率

        ③ 有必要的情况下可以在LDO表面贴装散热器。

        ④ 做好PCB散热，LDO布局时远离其他发热器件；增大LDO接地平面、Vin、Vout平面的面积。